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一種IP虛擬化轉換的物聯網網關.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410153958.4

申請日:

2014.04.16

公開號:

CN103957242A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04L 29/08申請日:20140416|||公開
IPC分類號: H04L29/08; H04L29/12; G05B19/418 主分類號: H04L29/08
申請人: 北京大學工學院南京研究院
發明人: 張吉; 奚加榮
地址: 210012 江蘇省南京市雨花臺區郁金香路17號南京(雨花)國際軟件外包園C棟6樓
優先權:
專利代理機構: 江蘇圣典律師事務所 32237 代理人: 胡建華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410153958.4

授權公告號:

103957242B||||||

法律狀態公告日:

2017.06.20|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種IP虛擬化轉換的物聯網網關,包括兩個同時連接網絡適配器調度模塊的真實網絡適配器,其中一個真實網絡適配器為主網絡適配器,另一個真實網絡適配器為備用網絡適配器;網絡適配器調度模塊連接一個數據存儲模塊以及至少兩個虛擬網絡適配器,每個虛擬網絡適配器對應連接一個數據通信模塊,其中至少一個數據通信模塊連接信號輸入模塊,另一個數據通信模塊連接信號輸出模塊;信號輸入模塊連接傳感器,信號輸出模塊連接農業控制設施;信號輸入模塊與對應的虛擬網絡適配器之間構成輸入通道,信號輸出模塊與對應虛擬網絡適配器之間構成輸出通道。

權利要求書

權利要求書
1.  一種IP虛擬化轉換的物聯網網關,其特征在于,包括兩個同時連接網絡適配器調度模塊的真實網絡適配器,其中一個真實網絡適配器為主網絡適配器,另一個真實網絡適配器為備用網絡適配器;網絡適配器調度模塊連接一個數據存儲模塊以及至少兩個虛擬網絡適配器,每個虛擬網絡適配器對應連接一個數據通信模塊,其中至少一個數據通信模塊連接信號輸入模塊,另一個數據通信模塊連接信號輸出模塊;信號輸入模塊連接傳感器,信號輸出模塊連接農業控制設施;信號輸入模塊與對應的虛擬網絡適配器之間構成輸入通道,信號輸出模塊與對應虛擬網絡適配器之間構成輸出通道;
所述數據通信模塊用于對接下層的信號輸入模塊或信號輸出模塊;對接信號輸入模塊時,數據通信模塊實現采集傳感器的輸入數據,并將其進行TCP/IP傳輸的應用層協議的封裝;對信號輸出模塊時,將TCP/IP傳輸的應用層協議進行解析,解析出相應的控制指令,并通過信號輸出模塊傳輸給農業控制設施;所述數據通信模塊還用于實現TCP/IP的服務端模式或是客戶端模式的通信,采用服務端模式時,數據通信模塊綁定相應的虛擬網絡適配器,實現一個TCP或是UDP的服務端,IP網絡中的外部平臺或是上位機應用程序采用TCP/UDP客戶端模式接入;采用客戶端模式時,數據通信模塊建立與相應的虛擬網絡適配器對應的客戶端,連接IP網絡中的外部平臺或是上位機中的TCP/UDP服務端,同時建立的TCP/UDP鏈接保證數據流從對應的虛擬網絡適配器上發送或接收;
所述虛擬網絡適配器用于將信號輸入通道或者信號輸出通道虛擬成網絡適配器,虛擬出的網絡適配器具有獨立的IP地址、虛擬MAC地址,并與上層的真實網絡適配器相綁定,在與IP路由設備通信時,所有輸入通道連接的傳感器和輸出通道連接的農業控制設施形成一個具有獨立IP地址的IP設備;
所述數據存儲模塊用于存儲各虛擬網絡適配器的網絡配置信息,虛擬網絡適配器與真實網絡適配器之間的映射信息;
網絡適配器調度模塊用于實現虛擬網絡適配器和真實網絡適配器之間的映射;
所述真實網絡適配器為真實以太網適配器,用于將網關接入IP網絡,實現物聯網網關與外部IP網絡的接入路由器之間的物理連接及數據傳輸。

2.  根據權利要求1所述的一種IP虛擬化轉換的物聯網網關,其特征在于,所述 信號輸入模塊為模擬量輸入模塊或者數字量輸入模塊,用于將傳感器的模擬量或數字量信號轉化可供數據通信模塊使用的數字信息;所述信號輸出模塊為開關量輸出模塊或者數字量輸出模塊,用于將接收到的控制指令數據流轉化為可對農業控制設施實施控制的開關量或數字量。

3.  根據權利要求2所述的一種IP虛擬化轉換的物聯網網關,其特征在于,虛擬網絡適配器虛擬化包括以下步驟:
所述真實網絡適配器連接外部IP網絡;
將傳感器與對應的信號輸入模塊對接,將農業控制設施與對應的信號輸出模塊對接,配置各自對應的虛擬網絡適配器的獨立IP地址、虛擬MAC地址、網關地址、DNS地址和通信工作方式,通信工作方式包括服務端模式或是客戶端模式;
與信號輸入模塊或者信號輸出模塊對應的數據通信模塊按配置的通信工作方式啟動服務端或是客戶端;設置為服務端工作模式的數據通信模塊,該數據通信模塊的服務端綁定對應的虛擬網絡適配器上的獨立IP,經由真實網絡適配器接入IP網絡,供同IP網絡中的其它客戶端以對應的應用層協議接入并傳輸數據;設置為客戶端的數據通信模塊,該數據通信模塊根據配置的外部平臺或上位機的服務端IP地址和對應的虛擬網絡適配器上的獨立IP建立客戶端,客戶端建立網絡鏈接,經由真實網絡適配器接入IP網絡,并連接至指定IP地址的外部平臺或上位機的服務端。

4.  根據權利要求3所述的一種IP虛擬化轉換的物聯網網關,其特征在于,所述兩個真實網絡適配器之間設有故障檢測模塊,所述故障檢測模塊執行以下步驟:
初始時通過主網絡適配器接入IP網絡,故障檢測模塊定時向IP路由設備發起ping檢測指令;IP路由設備接收到ping指令后,在設定時間內回復故障檢測模塊ping回復信息,則故障檢測模塊判定主網絡適配器工作正常;如果故障檢測模塊在設定時間內沒有收到ping回復信息,則間隔一段時間后再次發起ping檢測指令,如果連續3次無收到ping回復信息,則故障檢測模塊認定主網絡適配器發生故障;
故障檢測模塊向網絡適配器調度模塊發送故障轉移指令,網絡適配器調度模塊接收到后即啟動故障轉移流程,包括以下步驟:
網絡適配器調度模塊先向數據存儲模塊發送請求,查詢所有虛擬網絡適配器的信息和映射關系,數據存儲模塊將虛擬網絡適配器信息和當前處于激活狀態的映射關系 表返回給網絡適配器調度模塊;網絡適配器調度模塊禁用主網絡適配器,同時啟用備用網絡適配器;等待備用網絡適配器完成啟用后,將所有虛擬網絡適配器與備用網絡適配器綁定,修改映射關系,更改映射表中的真實網絡適配器設備ID為備用網絡適配器的設備ID,并且更新激活時間為當前時間、映射關系為激活狀態;完成映射關系修改后,向數據存儲模塊發送保存指令,數據存儲模塊保存修改后的虛擬網絡適配器映射關系,并返回確認消息;網絡適配器調度模塊向故障檢測模塊發送故障轉移完成的消息,并向數據通信模塊發送指令,要求重啟通信工作方式;待數據通信模塊重啟結束后,所有與數據通信模塊建立的鏈接,經過對應虛擬網絡適配器,通過備用網絡適配器連入IP網絡。

5.  根據權利要求4所述的一種IP虛擬化轉換的物聯網網關,其特征在于,所述物聯網網關向IP網絡中的系統平臺或是上位機上報傳感數據,包括以下步驟:
物聯網網關啟動后,進行虛擬網絡適配器與真實網絡適配器的綁定;
數據通信模塊按配置信息,啟動服務端或是客戶端工作模式;
數據通信模塊定時向信號輸入模塊發送采集指令,信號輸入模塊向數據通信模塊返回對應傳感器的數字信息;
數據通信模塊對數字信息進行應用層協議封裝,根據傳感器類型確定消息頭中的消息指令,消息編號為上一次消息編號加1,將傳感器的數據信息作為消息體,將消息頭和消息體組成的數據塊按位進行異或計算得到校驗碼,將消息頭、消息體以及校驗碼順序拼接,并且在拼接后的數據塊前后加上標識位,即完成應用層協議封裝;
數據通信模塊通過已經與系統平臺或是上位機建立的TCP/IP鏈路傳輸封裝后數據包;
系統平臺或是上位機收到數據后,進行應用層協議解析,解析出消息頭、消息體和校驗碼,對消息頭、消息體組成的數據塊按位進行異或計算得到校驗碼,確認原校驗碼和生成的校驗碼的一致性后,即可從消息頭中獲取消息指令得到傳感數據類型,從消息體中得到相應的數字信息。

6.  根據權利要求4所述的一種IP虛擬化轉換的物聯網網關,其特征在于,IP網絡中的系統平臺或是上位機向物聯網網關下發控制指令,包括以下步驟:
啟動物聯網網關,進行虛擬網絡適配器與真實網絡適配器的綁定;
與信號輸出通道對應的所有數據通信模塊按配置信息,啟動服務端或是客戶端工作模式;
系統平臺或是上位機根據已有的IP設備信息表,通過農業控制設施的名稱或是設備ID檢索農業控制設施的IP地址和端口,通過TCP/IP服務端或是客戶端建立與農業控制設施的TCP/IP鏈路;
系統平臺或是上位機對農業控制設施的控制指令進行應用層協議封裝,根據農業控制設施類型確定消息頭中的消息指令,消息編號為上一次消息編號加1,將控制指令作為消息體,將消息頭和消息體組成的數據塊按位進行異或計算得到校驗碼,將消息頭、消息體、校驗碼順序拼接,并且在拼接后的數據塊前后加上標識位,即完成應用層協議封裝;
系統平臺或是上位機通過已經與農業控制設施建立的TCP/IP鏈路傳輸封裝后的控制指令數據;
數據通信模塊收到數據后,進行應用層協議解析,解析出消息頭、消息體和校驗碼,對消息頭、消息體組成的數據塊按位進行異或計算得到校驗碼,確認原校驗碼和生成的校驗碼的一致性后,即可從消息頭中獲取消息指令得到農業控制設施類型,從消息體中得到相應的控制指令;
數據通信模塊將解析出的控制指令發送給對應的信號輸出模塊;
信號輸出模塊將控制指令轉化為開關量或者數字量,并輸出給農業控制設施,即實現對農業控制設施的控制。

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一種 IP 虛擬 轉換 聯網 網關
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